﻿#pragma once
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <vector>
#include <unordered_map>
#include <assert.h>
#include <new>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <algorithm>

#ifdef _WIN32
	#include <Windows.h>
#else
	#include <sys/mman.h>
#endif 

using std::cout;
using std::cin;
using std::endl;

static const size_t MAX_BYTES = 256 * 1024;
static const size_t NFREE_LIST = 208;
static const size_t NPAGE = 129;  
static const size_t PAGE_SHIFT = 13;

// 虚拟空间大小: _WIN64:2^64 _WIN:2^32
//#ifdef _WIN64
//	typedef unsigned long long PAGE_ID;
//#elif _WIN32
//	typedef size_t PAGE_ID;
//#else
//		// linux
//	#if defined(__x86_64__) || defined(__aarch64__) || defined(__ppc64__) || defined(__LP64__)
//		typedef unsigned long PAGE_ID;   // Linux 64位
//	#else
//		typedef size_t PAGE_ID;          // Linux 32位
//	#endif
//#endif // 要先定义_WIN64 

#include <cstdint>
typedef std::uintptr_t PAGE_ID;  // 自动适应 32/64 位 可跨平台

// 直接去堆上按页申请空间
inline static void* SystemAlloc(size_t kpage)
{
#ifdef _WIN32
	void* ptr = VirtualAlloc(0, kpage << PAGE_SHIFT, MEM_COMMIT | MEM_RESERVE, PAGE_READWRITE);
#else
	void* ptr = mmap(0, kpage << PAGE_SHIFT, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
#endif
	if (ptr == nullptr) throw std::bad_alloc();
	return ptr;
}


static void*& NextObj(void* obj)
{
	return *(void**)obj;
}

// 管理切分好的小对象的自由链表
class FreeList
{
public:
	void Push(void* obj)
	{
		assert(obj);
		// 头插
		NextObj(obj) = _freeList;
		_freeList = obj;
		_size++;
	}

	void PushRange(void* start, void* end, size_t n)
	{
		assert(start && end);
		//头插
		NextObj(end) = _freeList;
		_freeList = start;
		_size += n;
	}

	void PopRange(void*& start, void*& end, size_t n)
	{
		assert(n <= _size);
		start = _freeList;
		end = start;
		for (int i = 0; i < n - 1; i++)
		{
			end = NextObj(end);
		}
		_freeList = NextObj(end);
		NextObj(end) = nullptr;
		_size -= n;
	}

	void* Pop()
	{
		assert(_freeList);
		// 头删
		void* obj = _freeList;
		_freeList = NextObj(obj);
		_size--;
		return obj;
	}

	bool Empty()
	{
		return (_freeList == nullptr);
	}
	
	size_t& MaxSize()
	{
		return _max_size;
	}

	size_t Size()
	{
		return _size;
	}

private:
	void* _freeList = nullptr;
	size_t _size = 0;
	// 不是list的最大size,是申请空间时的最大size
	size_t _max_size = 1;
};

// 计算对象大小的对齐映射规则
class SizeClass
{
public:
	// 整体控制在最多10%左右的内碎片浪费
	// [1,128]              8byte对齐      freelist[0,16)
	// [128+1,1024]         16byte对齐     freelist[16,72)
	// [1024+1,8*1024]      128byte对齐    freelist[72,128)
	// [8*1024+1,64*1024]   1024byte对齐   freelist[128,184)
	// [64*1024+1,256*1024] 8*1024byte对齐 freelist[184,208)
	static size_t _RoundUp(size_t size, size_t alignNum)
	{
		//size_t alignSize;
		//if (size % alignNum != 0)
		//{
		//	alignSize = (size / alignNum + 1) * alignNum;
		//}
		//else
		//{
		//	alignSize = size;
		//}
		//return alignSize;

		return ((size + alignNum - 1) & ~(alignNum - 1));
	}

	static size_t RoundUp(size_t size)
	{
		if (size <= 128)
		{
			return _RoundUp(size, 8);
		}
		else if (size <= 1024)
		{
			return _RoundUp(size, 16);
		}
		else if (size <= 8 * 1024)
		{
			return _RoundUp(size, 128);
		}
		else if (size <= 64 * 1024)
		{
			return _RoundUp(size, 1024);
		}
		else if (size <= 256 * 1024)
		{
			return _RoundUp(size, 8 * 1024);
		}
		else
		{
			assert(false);
			return -1;
		}
	}

	//static size_t _Index(size_t bytes, size_t alignNum)
	//{
	//	if (bytes % alignNum == 0)
	//	{
	//		return bytes / alignNum - 1;
	//	}
	//	else
	//	{
	//		return bytes / alignNum;
	//	}
	//}

	static size_t _Index(size_t bytes, size_t align_shift)
	{
		return ((bytes + (1 << align_shift) - 1) >> align_shift) - 1;
	}

	static size_t Index(size_t bytes)
	{
		assert(bytes <= MAX_BYTES);
		// 每个区间有多少个链
		static int group_array[4] = { 16, 56, 56, 56 };
		if (bytes <= 128) {
			return _Index(bytes, 3);
		}
		else if (bytes <= 1024) {
			return _Index(bytes - 128, 4) + group_array[0];
		}
		else if (bytes <= 81024) {
			return _Index(bytes - 1024, 7) + group_array[1] + group_array[0];
		}
		else if (bytes <= 64 * 1024) {
			return _Index(bytes - 8 * 1024, 10) + group_array[2] +
				group_array[1] + group_array[0];
		}
		else if (bytes <= 256 * 1024) {
			return _Index(bytes - 64 * 1024, 13) + group_array[3] +
				group_array[2] + group_array[1] + group_array[0];
		}
		else {
			assert(false);
		}
		return -1;
	}

	// ⼀次从中⼼缓存获取多少个
	static size_t NumMoveSize(size_t size)
	{
		assert(size > 0);
		// [2, 512]，⼀次批量移动多少个对象的(慢启动)上限值
		// ⼩对象⼀次批量上限⾼
		// ⼩对象⼀次批量上限低
		int num = MAX_BYTES / size;
		if (num < 2)
			num = 2;
		if (num > 512)
			num = 512;
		return num;
	}

	// 计算⼀次向系统获取几个页
	// 单个对象 8byte
	// ...
	// 单个对象 256KB
	static size_t NumMovePage(size_t size)
	{
		// 先计算要获取多少个对象和一共多少字节
		size_t num = NumMoveSize(size);
		size_t npage = num * size;
		
		npage >>= PAGE_SHIFT;
		if (npage == 0)
			npage = 1;

		return npage;
	}
};

// Span管理⼀个跨度的大块内存
// 管理以⻚为单位的大块内存
// 管理多个连续页大块内存跨度结构
struct Span
{
	size_t _pageId = 0; // 大块内存的起始页号, 乘8k就是起始地址
	size_t _n = 0; // 页的数量
	
	// 双向链表结构
	Span* _next = nullptr;
	Span* _prev = nullptr;

	size_t _useCount = 0; // 切好的小块内存被分配给threadcache的计数
	void* _freeList = nullptr; // 切好的小块内存的自由链表

	bool _isUse = false; // 有没有被使用
};

// 带头双向循环链表
class SpanList
{
public:
	SpanList()
	{
		_head = new Span;
		_head->_next = _head;
		_head->_prev = _head;
	}

	bool Empty()
	{
		return _head->_next == _head;
	}

	Span* Begin()
	{
		return _head->_next;
	}

	Span* End()
	{
		return _head;
	}

	void PushFront(Span* obj)
	{
		Insert(Begin(), obj);
	} 

	Span* PopFront()
	{
		Span* front = _head->_next;
		Erase(front);
		return front;
	}

	void Insert(Span* pos, Span* newSpan)
	{
		assert(pos);
		assert(newSpan);
		Span* prev = pos->_prev;
		prev->_next = newSpan;
		newSpan->_prev = prev;
		pos->_prev = newSpan;
		newSpan->_next = pos;
	}

	void Erase(Span* pos)
	{
		assert(pos);
		assert(pos != _head);
		Span* prev = pos->_prev;
		Span* next = pos->_next;
		next->_prev = prev;
		prev->_next = next;
	}
private:
	Span* _head;
public:
	std::mutex _mtx; // 桶锁
};